有效态与TCLP法评价沉积物重金属生态环境风险

2020-12-09徐文斌

世界有色金属 2020年2期

徐文斌

（成都理工大学，四川成都 610059）

河道沉积物是水环境的主要组成部分。它们可以为河流中的各种生物提供养分，也可以储存有毒和有害的物质[1]。进入水体中的重金属会通过吸附和絮凝过程而在沉积物中累积[2]。重金属污染主要体现在水污染中，污水排放的重金属会积聚在浮游植物或底下污泥中，然后被鱼类或贝类表面吸收，造成食物链的集中，造成公共危害。作为一个人身体直接或间接摄取重金属元素，并在人体内累积到一定程度，可造成人体慢性中毒。因此，沉积物中重金属含量已成为判断水环境质量的一个重要因素。目前，国内外关于河流沉积物重金属污染评价方法很多种，包括：潜在生态风险指数法地累积指数法、回归过量分析法和沉积物富集系数法等，这些评价方法有其自身的特点、应用范围和局限性。生态风险评估方法和提取方法在重金属生态环境评价中得到了广泛的应用。BCR提取方法在过程长、时间长、元素再分配等方面存在缺陷。TCLP法是一种有效评价沉积物重金属生态风险的简便、快速方法，在美国已经得到了广泛应用。基于此，本次研究采用TCLP法和有效态对研究对象沉积物中重金属生态环境风险开展评价。研究结果可为改善和恢复河流流域生态环境提供科学依据。

1 材料与方法

（1）沉积物样品的采集与制备。沉积物共采集三个标准性地方的五个沉积物样品。采样点为河流分支水库上下游、大桥下、河畔化工厂排污口下上20m。采样时采集河流沉积物挑拣出沉积物中的杂质，采集的沉积物当日及时送回实验室阴凉通风处，避光保存。等到沉积物样品自然阴干后，将沉积物研磨成粉末状去除树叶、小石头等杂质。将研磨好的沉积物样品经过100目的筛子过滤后装入密封袋中用于后续实验。

（2）TCLP提取步骤。在200ml锥型瓶中准确称量5g过100目筛的沉淀物样品。在锥形瓶中加入100ml萃取剂，确保萃取剂与土壤样品的比例为20：1将锥形瓶置于振荡器上并在室温下（18±2）h以30±2r/min振荡。振荡结束，将混合液通过中速定量滤纸过滤，并通过ICP-MS测量提取物中重金属的含量。每份样品测定三次。

2 结果与讨论

（1）有效态Cd、Pb和Zn含量及潜在生态风险指数。结果显示沉积物中有效态Cd、Pb、Zn的含量分别在0.110mg/kg～0.175mg/kg、3.508mg/kg～12.379mg/kg和3.914mg/kg～20.979mg/kg之间，算数平均数分别为0.149mg/kg、8.068mg/kg和12.395mg/kg。采集的五个样品Cd含量没有很明显的差别，河流分支水库上下游样品与大桥下样品沉积物中Pb和Zn的含量明显高于河畔化工厂排污口的两个沉积物样品，其中河流分支水库样品的尤为明显。通过计算的结果可以看出土壤中Cd、Pb、Zn的风险指数在21.99～35.01、0.625～2.210、0.112～0.599之间。由结果可以看出沉积物中三种重金属的风险指数全部都小于40，所以它们的风险等级为低。通过观察发现沉积物样品中Cd的单项风险指数要明显大于其他重金属，主要原因是由于Cd的毒性响应系数分别是Pb、Zn的六倍和三十倍，明显大与其他两种金属。另外土壤重金属的RI在24.375～37.819之间，全都小于150，所以沉积物综合潜在生态风险等级为低。通过沉积物生态风险指数对比，两种指数的风险等级全都是低，说明基于重金属有效态分析河流沉积物重金属无风险。

（2）TCLP法提取的重金属特征及其生态风险。测得沉积物pH值在6.18～6.60之间，全都属于弱酸性且所有的样品pH都大于5，所以五个样品的提取剂将选用冰醋酸作为提取剂。沉积物中Cd、Pb、Zn的TCLP提取的重金属含量分别在 0.367mg/kg～1.280mg/kg、14.900mg/kg～34.280mg/kg、22.267mg/kg～106.197mg/kg之间，平均值分别为0.800mg/kg、27.122mg/kg、63.755mg/kg。与国际标准值对比发现沉积物中水库上下游的两个样品Cd含量超标，其他三个样品全都低于国际标准值。而五个样品中的Pb、Zn的含量均超标，且水库上下游和大桥下的三个样品均严重超标。沉积物的内梅罗综合污染指在3.297～6.856之间全都超过3，沉积物污染等级为重度污染。沉积物重金属Pb、Zn的含量均严重超标对内梅罗综合污染指数的贡献非常大，导致沉积物的污染等级全都为严重污染。

综上所述，通过两种方法的结果可发现，水库上下游的重金属含量都大于大桥下和排污口，推测原因是由于水库长期拦截来自市区段的河水，而流经市区的河水不仅受到市区居民生活污水的污染，通过沉降和絮凝等物理、化学和生物过程，重金属会大量富集。此外，通过对比基于TCLP法评价的土壤重金属潜在生态风险与基于有效态评价的结果发现两者的误差比较大，原因为基于TCLP的风险评价采用的评价标准值比较严格，而农用地土壤污染风险管控标准评价采用的评价标准值比较宽松所致。